Thèmes de recherche et projets

Les plantes co-évoluent avec leur microbiote depuis plus de 300 millions d’années. L’ensemble des génomes de ce microbiote (microbiome) constitue une extension du génome des plantes-hôtes (holobionte). Les interactions entre l’hôte et son microbiote reposent sur des moyens sophistiqués pour communiquer et coexister. Des réseaux complexes et interconnectés de signaux et de métabolites modulent les voies de communication plante-microbiote et microbe-microbe pour réguler ces interactions.

Nos activités de recherche sont consacrées à l’étude des interactions « sol-plante-microbiote« , avec un accent particulier sur le rôle du microbiote associé à l’hôte dans la médiation des interactions entre l’hôte et son environnement biotique/abiotique et aux stratégies d’adaptation des bactéries à leur plante hôte et à leur environnement.

L’interaction sol-plante-microorganismes dans la rhizosphère est un processus clé qui joue un rôle primordial dans la croissance et la santé des plantes et le recyclage/stockage du carbone

 

Interaction Sol-colza-Rhizobium alamii exopolysaccharides (Santaella et al., EMi 2008).

1.1 Le microbiote : médiateur des interactions entre l’hôte et son environnement

Le microbiote des plantes joue un rôle clef dans la croissance et la santé des plantes. La structure et les fonctions de ce microbiote sont modulées par l’hôte et par l’environnement et contrôlent en retour leur interactions.

Nos recherches visent à étudier les interactions « hôte-microbiote-environnement abiotique » dans le cadre de pollutions anthropiques, métaux (DUNE, PRIMARy), ou de l’amélioration de la santé des plantes (ENHANCE, InSTep) et des forêts (RESTORE https://www.biodiversa.org/1874/download).

Les nanotechnologies sont une source majeure de matériaux d’avant-garde qui peuvent contribuer à la nécessaire transformation de l’agriculture dans un contexte de transition environnementale et de préservation des ressources et de l’environnement (adaptation au changement climatique, reforestation, réduction de l’usage des pesticides…).

Dans le cadre du LabEX SERENADE (Ecodesign Research and Education applied to Nanomaterials, 2012-2020), les microbiotes d’environnements terrestres et aquatiques ont été utilisés comme outil pour améliorer la connaissance des relations structure-propriétés intrinsèques/implications environnementales des nanomatériaux (MEANTime) et pour concevoir des nanomatériaux « plus surs par conception » (Safer-by-Design).

Nos recherches visent à comprendre comment les propriétés des nanomatériaux modulent leurs interactions avec le système plantes-sol-microbiote (ANALOGY), permettant de développer des nanotechnologies pour l’agriculture (InSTep) et la reforestation (RESTORE) par une approche de Safer-by-Design.

Notre approche intègre l’étude des représentations sociales des nanomatériaux par les professionnels de l’agriculture et de la gestion des forêts (RESO-Nano) en partenariat avec Alexandra Schleyer-Lindenmann et Nelly Pares de l’UMR ESPACE (Étude des Structures, des Processus d’Adaptation et des Changements de l’Espace).

1.2 Dialogue moléculaire plante-microbiote

Les interactions entre l’hôte et son microbiote reposent sur des moyens sophistiqués pour communiquer et coexister. Nous nous intéressons aux réseaux complexes et interconnectés de signaux et de métabolites qui modulent le dialogue entre la plante-et son microbiote ainsi que celui entre les microorganismes eux-mêmes pour réguler ces interactions.

Dans le cadre du projet RootAdapt « Root traits for adaptation of pearl millet to future climate in West Africa« , nous avons pour objectif d’identifier l’assemblage et le réseau écologique des populations microbiennes les plus influencées par les variations dans l’exsudation entre différentes lignées de millet perlé et la corrélation entre ces populations et des voies métaboliques spécifiques liées à la diversité des molécules exsudées par les racines.

Une meilleure compréhension de la réponse de la plante aux phytopathogènes et aux bactéries phytobénéfiques, et de la manière dont ces dernières potentialisent les réponses de défense de la plante pour contrôler les maladies est abordée par une approche RNA-Seq.

L’équipe du LEMiRE a acquis une expérience dans l’exploitation du potentiel de la diversité microbienne pour des solutions durables dans la protection des cultures contre les maladies et les ravageurs dans le cadre de projets développés avec des partenaires privés :

  • Micro-organismes pour une agriculture durable (MOPAD). Agents de biocontrôle basés sur des micro-organismes pour protéger le blé tendre contre la fusariose.
  • Utilisation de la diversité microbienne pour identifier les activités insecticides contre la larve de la chrysomèle des racines du maïs Diabrotica virgifera virgifera (DIETETIC). Séquençage et exploration de génomes bactériens pour le criblage in silico de molécules insecticides contre les larves de Diabrotica du maïs.

Nos travaux visent à étudier les mécanismes d’adaptation aux contraintes environnementales de deux modèles bactériens qui représentent des modalités différentes de tolérance aux stress liés à leurs habitats.

2-1 Stratégies d’adaptation des bactéries phytobénéfiques

Expression d’ARN non codants régulateurs in planta
 

Nous étudions le rôle des ARN non-codants régulateurs et des vésicules extra-membranaires dans l’interaction de Pseudomonas brassicacearum avec les plantes et d’autres microorganismes et dans la réponse aux stress environnementaux.

Nous souhaiterions explorer comment la plante différencie des bactéries phytobénéfiques des phytopathogènes.

Nous explorons 1800 génomes de bactéries phytobénéfiques. Ces génomes ont été séquencés dans le cadre du projet MOPAD et DIETETIC sont en cours d’exploration et d’exploitation avec l’outil Microscope du Genoscope dans lequel ils sont hébergés.

2-2 Stratégies d’adaptation de Ramlibacter tataouinensis aux environnements extrêmes

Un cycle cellulaire sous le contrôle de la lumière, contribue à l’adaptation de Ramlibacter tataouinensis au désert et lui confère la tolérance à la dessiccation et plus largement aux conditions rencontrées dans un désert chaud et sec. R. tataouinensis est une ß-protéobactérie isolée de fragments de météorites ensablés, collectés dans la région semi-désertique de Tataouine (sud tunisien).

Cette bactérie du désert a la particularité d’altérer l’orthopyroxène, un constituant majeur de météorites. La forte tolérance de cette bactérie aux conditions extrêmes du désert, et en particulier à la dessiccation, est probablement liée au cycle cellulaire original caractérisé par la coexistence de cellules coccoïdes entourées d’un polymère protecteur (présentant toutes les caractéristiques d’un kyste résistant à la dessiccation : Ø 0,8 µm) et de cellules de type bâtonnet (Ø 0,2 x 3 µm). La mobilité des bâtonnets assure la dissémination de la population permettant la colonisation de nouvelles niches écologiques. L’exploration du génome de R. tataouinensis ainsi que des évidences expérimentales semblent indiquer l’implication de la lumière via se deux bactériophytochromes et du régulateur du cycle circadien KaiC dans le contrôle du cycle cellulaire de cette bactérie.

Projets finalisés

  • Projets de recherche et développement Structurants pour la Compétitivité) (PSPC) du programme des Investissements d’avenir (PIA2). Financement BpiFrance : Intitulé du projet : « Micro-Organismes Pour une Agriculture Durable » “Sélection de souches bactériennes antagonistes des fusarioses chez le blé” (MOPAD) (2014-2018). Partenaires : Limagrain, Biovitis, CEA/CNRS (LEMiRE, IG Genoscope Evry).

  • AAP du Groupement National Interprofessionnel des Semenceset plants (GNIS) sur Diabrotica (2016-2019). Intitulé du projet : Utilisation de la DIversitE microbienne pour idenTifier des activités insEcTICides contre la larve de la chrysomèle du maïs (Diabrotica virgifera virgifera) (DIETETIC). Partenaires : Biogemma, Proteus, CEA/CNRS (LEMiRE, IG Genoscope, Evry).

  • Ecofriendly Hybrid Nanos pesticides (ENHaNCE), LabEX SERENADE (2019-2020). Partenaires : LEMiRE, BIA -INRAE, CEREGE.

  • MEta-Analysis of NanomaTerial environmental Impact on Microbiota (MEANTIMe), LabEX SERENADE (2019-2020). Partenaires : LEMiRE, CEREGE.

Thèses

  • Macias Perez Luis Alberto
    CREBEX Critical Raw Element Bio-extraction

    DOC2AMU COFUND programme. Co-Direction : M. Auffan/C. Levard/W. Achouak

  • Tulumello Joris
    Recherche in silico de clusters de gènes bactériens impliqués dans la production d’exopolysaccharides.

    Aix-Marseille Université.

    Direction T. Heulin. Co-Direction : P. Ortet

  • Selmani Zakia  (2014-)
    “Diversité microbienne dans les dunes du Grand Erg Occidental (Algérie)”. (Directeur de thèse T. Heulin Co-directeurs : Y. Kaci et W. Achouak).

    Université Bab Zouar Alger. Financement : PHC Tassili.

     Soutenance prévue en 2021.

  • Behairi Sabrina  (2017-)
    “Diversité des bactéries halotolérantes dans la rhizosphère de plantes halophiles (Chott Melghir, Algérie)”.

    Université Bab Zouar Alger. (Directeur de thèse : Y. Kaci Co-directeurs : T. Heulin et W. Achouak). 

    Soutenance prévue en 2021
    .

  • El Alaoui Abdelkhalek
    Étude du rôle des symbioses bactéries-plantes dans la dépollution des sols contaminés par les métaux lourds.
    Thèse en cotutelle.


    Université Cadi Ayyad Marrakech Univ- Aix-Marseille Université. (2019)

    Soutenance le 21 Décembre 2018– Co-Direction K. Oufdou/B. Imziln/W. Achouak

  • DzumedzeyYulia
    “Mobility of manufactured nanoparticles within a natural organic gel”. Thèse de Doctorat, Formation Doctorale : Science de l’Environnement.

    Aix-Marseille Université.

    Soutenance le 13 Juin 2017 – Co-Direction J. Labille/C. Santaella

  • Jivkova Desislava
    “Caractérisation de la structure et des propriétés de l’exopolymère de Ramlibacter tataouinensis”. Financement : convention CIFRE (Société ARD).

    Aix-Marseille Université.

    Soutenance le Juillet 2018 – Direction T. Heulin

  • Hamidat Mohamed
    Relation entre l’éco-conception de nanomatériaux intégrées dans les peintures et autres traitements de surface et leur biotransformation dans un écosystème terrestre”.

    Aix-Marseille Université.

    Soutenance le 8 décembre 2015 – Direction C. Santaella

  • Harfouche Lamia
    Caractérisation de deux nouveaux ARN non-codants régulateurs impliqués dans le métabolisme du fer chez Pseudomonas brassicacearum

    Aix-Marseille Université.

    Soutenance le 26 Septembre 2014 – Direction W. Achouak

  • Lalaouna David
    Role d’ARN non codants régulateurs dans l’ adaptation de Pseudomonas brassicacearumà la rhizosphère et aux fluctuations de l’environnement.

    Aix-Marseille Université..

    Soutenance le 9 Mars 2012 – Direction W. Achouak
  • Chabert Nicolas
    “Piles à combustible microbiennes opitimisation des biocathodes”

    Aix-Marseille Université.

    Soutenance le 21 décembre 2017 – Direction W. Achouak

  • Ndour Papa Mamadou Sitor
    “Phénotypage de lignées de mil sur leur capacité à induire la formation de sol adhérant aux racines”

    Université Cheikh Anta Diop de Dakar.

    Soutenance le 22 décembre 2017 – Co-Direction L . Cournac/T. Heulin

  • Benidire Loubna
    Rôle des bactéries symbiotiques dans l’amélioration de la production agricole de Vicia faba L. sous stress salin.

    Univ. Kadi AYYAD Marrakech

    Soutenance le 04 Juillet 2017– Co-Direction K. Oufdou/M. Göttfert/W. Achouak

  • Laveilhe Arnaud
    Impact du dialogue moléculaire entre bactéries et entre plantes et bactéries sur l’expression de gènes phytobénéfiques”.

    Aix-Marseille Université.

    Soutenance le 20 Octobre 2017 – Direction T. Heulin

  • Layet Clément
    “Phytodisponibilité des nanomatériaux et impact sur le prélèvement d’éléments traces métalliques”. Thèse de Doctorat, Formation Doctorale Sciences de l’Environnement,

    Aix-Marseille Université.

    Soutenance le 17 Décembre 2017- Co-Direction E. Doelsh/C. Santaella

  • El Khalloufi Fatima
    Phytotoxicité induite par les cyanotoxines : Impact de la contamination des eaux d’irrigation sur les bactéries associées à la rhizosphère de Medicago truncatula.

    Univ. Kadi AYYAD Marrakech, 5 décembre 2012

    Soutenance le 06 Octobre 2012– Co-Direction B. Oudra/K. Oufdou/W. Achouak

  • DULERMO Rémi
    Etude des mécanismes de l’extrême tolérance aux radiations de la bactérie Deinococcus deserti par une approche de génomique fonctionnelle

    Aix-Marseille Université.

    Soutenance le 15 Décembre 2009 – Direction A. de Groot

  • BRESSAN Mélanie
    Effets des exsudats racinaires d’une plante Brassicaceaesur les microorganismes rhizosphériques : influence de la production d’un glucosinolate exogène chez Arabidopsis thaliana. Utilisation d’une approche par traçage isotopique de l’ADN (DNA-SIP)

    Aix-Marseille Université.

    Soutenance le 7 Avril 2009 – Direction O. Berge / W. Achouak

  • HAICHAR Feth-el-Zahar
    Impact des exsudats racinaires dans la sélection des taxa et fonctions bactériennes dans la rhizosphère

    Aix-Marseille Université.

    Soutenance le 20 Mai 2008 – Direction W. Achouak

  • PROFIZI Camille
    Nouveaux éliciteurs isolés d’une bactérie rhizosphérique pour la protection et la santé des plantes. Financement : convention CIFRE (Société ARD).

    Aix-Marseille Université.

    Soutenance le 13 Juillet 2007 – Direction C. Santaella

Responsable d'équipe

Constitution de l'équipe

2 directeurs de recherche, 1 chercheur, 2 ingénieurs, 5 doctorants et 1 technicien

Mots clés

Rhizosphere; Pseudomonas; Biointrants; Genomics; Nanopesticides; Biocontrol; Outer membrane; vesicles; Regulatory RNAs